(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0009】
図1において、1は誘導加熱調理器の本体である。2は耐熱性の高い結晶化ガラスまたはホウケイ酸ガラスよりなるトッププレートで、本体1の上面を覆い水平に配置され、鉄等の磁性体又はアルミ等の非磁性体よりなる鍋501(
図2)等を載置するものである。
【0010】
このトッププレート2は、4μm以下の波長の赤外線を透過し、それより長い波長の赤外線をカットする光学特性を有する。3a〜3cはトッププレート2の下方に配置された3つの加熱部で、トッププレート2の上面に載置された鍋501を誘導加熱する加熱コイルユニット200(
図2)を有している。31a〜31cは鍋底から放射した赤外線をトッププレート2の下方に透過する赤外線透過領域である。尚、ここでは加熱部を3つとしたが、加熱部は1つまたは2つであっても良い。6は本体1の前面左部に設けられたグリル加熱部である。7a〜7cは本体1の上面側に設けられた操作部で、加熱部3a〜3cの加熱の設定、操作を行うものである。8a〜8cはトッププレート2の前面側上部に設けられ、操作部7a〜7cの設定状況や加熱部3a〜3cの通電の状態を表示する表示部である。5は排気口で、本体1の後部において上方に向けて開口しており、本体1内部を冷却した排熱を排出するものである。本実施例では、本体1後部に排気口5を配置している。
【0011】
図2において、57は吸気口で、本体1の後部に開口してシステムキッチン100内部の空気を吸気し、本体1内部に冷却風を取り入れるものである。
【0012】
401は冷却ファンで、本体1内に配置されて加熱コイル201(
図3)等を冷却する。403、404は加熱コイル201に高周波電力を供給する高周波電力供給回路、405は操作部7などの入力により高周波電力供給回路での電力を制御する制御基板である。高周波電力供給回路403、404と制御基板405は基板ケース74に収められている。
【0013】
図2では、高周波電力供給回路403、404、制御基板405は、積み重ねた配置の例を示すが、
図4に示す如く積み重ねずに本体1の全体にわたって平面状に広げて配置して、高周波電力供給回路403、404、制御基板405を備える右基板427aと左基板427bの上側から基板ケース74で覆ってもよい。
【0014】
また、406は冷却ファン401により吸引し後述する赤外線センサユニット170へと送風される冷却風の流れを表す矢印である。尚、ここで表示している冷却風は、本実施例の冷却風の流れを分かりやすく簡略して表したもので、実際はダクトなどを用いて加熱コイルユニット200のコイルベース203、赤外線センサセンサユニット170へと送風され、赤外線センサセンサユニット170の赤外線センサモジュール407(
図3)と導光筒508が冷却される。
【0015】
加熱コイルユニット200はバネ220によりトッププレート2の下面に密着するように押付けて支持されて、加熱コイルユニット200のギャップスペーサ202(
図5)がトッププレート2と当接している。
【0016】
図3は、温度検知と加熱制御システムの機能ブロック図である。
図3において、501は被加熱物である鍋、502は赤外線センサモジュール407とサーミスタ205、206、208の出力に基づいて鍋501の温度を算出する温度検出回路、26は赤外線センサモジュール407の出力に基づいて鍋501の放射率を算出する放射率算出回路、503は温度検出回路502が算出した温度を放射率算出回路26の出力に基づいて補正し、補正した温度に応じて高周波電力供給回路403を制御し加熱コイル201に供給する電力を制御する制御回路である。
【0017】
図4は加熱コイルユニット200と赤外線センサユニット170の構成を説明するために、本体1の上部を覆うトッププレート2を外した図である。
【0018】
ここでは、右加熱コイルユニット200a、左加熱コイルユニット200bの下から冷却ファン401の冷却風が供給される。中加熱コイルユニット200cには風洞74cの後方吐出口74c1より中加熱コイルユニット200cの前下から冷却風が供給される。中加熱コイルユニット200cには、赤外線センサユニット170を搭載しない場合もある。
【0019】
図5から
図9は加熱コイルユニット200の説明図である。
【0020】
加熱コイル201は、同心円状の同一平面上に設けられた内側コイル201aと外側コイル201bで構成されて、内側コイル201aの外端と外側コイル201bの内端が電気的に接続されている。内側コイル201aと内側コイル201aの外側に隙間210aを設けて配置する外側コイル201bで構成する。
【0021】
本実施例において、内側コイル201aはコイル中心からの距離約18〜30mmに設けられているものとし、外側コイル201bはコイル中心からの距離約49〜74mmに設けられているものとする。
【0022】
また、203は加熱コイル201を保持するコイルベースである。202はトッププレート2と加熱コイル201との間に隙間を設けるためのギャップスペーサである。ギャップスペーサ202はトッププレート2に当接して加熱コイル201とトッププレート2との間に隙間を設け、この隙間に加熱コイル201を冷却する冷却風を通すものである。
【0023】
コイルベース203は、内周部203eと外周部203f及び内周部203eから外周部203fに延びた放射状のリブ203aで構成する。
【0024】
リブ203aは、コイルベース203の加熱コイル201の下側に放射状に設けられ、リブ203aにはフェライト209が設けられている。図はリブ203aにフェライト209がインサート成形によって保持されている状態を示す。リブ203aに設けられたフェライト209は、フェライト底面209cを露出して冷却風を直接当たるようにして冷却を犠牲にすることなく保持されている。
【0025】
フェライト209は、加熱コイル201の外周側に立上部209dを有し、外形は板状の扇形または三角形である。
【0026】
フェライト209を扇形または三角形状とすることで、加熱コイル201の中心側にフェライト209の頂点209a側を配置することで、内側コイル201aの内径201dを小さくすることが可能となり、内側コイル201aの内径201dを小さくしても加熱効率を悪化させることはない。
【0027】
また、フェライト209の頂点209aを寄せ集めてなる直径209bを内側コイル201aの巻始めの内径201dよりわずかに小さく設けている。コイルベース203の内周側203aの位置にあるフェライト209の頂点209aを寄せ集めてなる直径209bが小径とすることが可能となり、内側コイル201aの巻始めの内径201dも小径とすることができる。
【0028】
扇形または三角形状のフェライト209を用いた場合、長方形フェライトの場合と比べて、内側コイル201aの下面から冷却風を当てることのできる円弧状底面部201fの面積がより大きくなり、効率良く内側コイル201aの冷却ができる。
【0029】
また、
図5、
図6に示すように、内側コイル201aの径方向の内側コイル幅D1よりも隙間210aの径方向の隙間幅D2を広く設けている。また内側コイル201aの内径201dを小さくすることで、コイル巻数を減らすことなく、内側コイル201aの外径201eも小さくすることができ、内側コイル201aと外側コイル201bの隙間210aをより広く確保でき、その間から冷却風が上方に抜けやすくなることで冷却効率を良くすることができる。
【0030】
212はコイルベース203の外周を略3等分の位置に設けられ、コイルベース203を支える受け部である。夫々の受け部212には同心円上に設けられボス212aと穴211が設けられている。ボス212aは、バネ220(
図2)のコイル内周側に嵌るものである。
【0031】
210は、導光筒508を挿入する開口部で、内側コイル201aと外側コイル201bとの間隙とコイルベース203の中心から放射状に配置したリブ203aによって構成される。
【0032】
205、206、208はトッププレート2の下面の温度を測定するサーミスタ(接触式温度センサ)である。
【0033】
コイルベース203の外周部203fに加熱コイル201より発生する漏洩磁束を相殺する略環状の電磁シールド部材260を載置する。
【0034】
図7、8に示す端子台Tは加熱コイル201と基板側との接続部で、フェライト209を備えたリブ203aの間に配置して、コイルベース203の底面と同面とすることによって、加熱コイルユニット200の薄形化を図っている。
【0035】
図10から
図13によって赤外線センサユニット170を説明する。
図10は赤外線センサユニット170を説明する上面斜視図、
図11は加熱コイルユニット200に取り付けた赤外線センサユニット170の側断面図、
図12は、赤外線センサユニット170の詳細を説明する図、
図13は赤外線センサユニット170の上面概略図である。
【0036】
上部材40eは、上面に導光筒508を一体に成形している。導光筒508は、赤外線センサ12の検出エリアを規定し、鍋底から放射される赤外線を後述する赤外線センサ12に導くものである。
【0037】
図6、
図11に示す加熱コイルユニット200の開口部210に導光筒508を挿入して本体1の中に組まれるので、
図6に示すように赤外線センサ12は、コイル中心からの距離45〜55mmに設けられるものである。
【0038】
導光筒508の詳細を説明する。導光筒508は、上面から見て略台形形状の筒で、同心円状に湾曲した1対の側面508d、508eと、ハの字状に対となった側面508fで形成されている。
【0039】
赤外線センサユニット170の詳細を説明する。
【0040】
図10、13に示すように、赤外線センサユニット170は、樹脂ケース16と、樹脂ケース16の上方に設けられた窓部14と、樹脂ケース16の外殻を窓部14を除くように開口する開口部13aを備えて覆う防磁ケース13と、窓部14に設けられた窓材15と、樹脂ケース16の内部に設けられた熱型赤外線検出回路131、反射率検出回路132、プリント配線板27を備えている。熱型赤外線検出回路131は赤外線センサ12と、温度補償用赤外線センサ124を備えている。
【0041】
樹脂ケース16の窓部14は窓材15によって封鎖されているので、赤外線センサユニット170内部の熱型赤外線検出回路131、反射率検出回路132には冷却風が直接当たることはない。すなわち、この構成により、冷却風が熱型赤外線検出回路131、反射率検出回路132に与える影響を低減している。
【0042】
次に、赤外線センサユニット170における信号検出を説明する。鍋501の底面から放射される赤外線は、放射赤外線視野範囲である経路30(トッププレート2、導光筒508、窓材15)を介して、熱型赤外線検出回路131に届く。
【0043】
鍋501の底面から放射される赤外線は赤外線センサ12で検出する。温度補償用赤外線センサ124には前記赤外線は届かないので、この温度補償用赤外線センサ124と赤外線センサ12の出力を加えることで、周囲温度による赤外線センサ12の外乱を除去して、精度を向上するものである。
【0044】
また、反射率検出回路132が発光する赤外線は、経路29の往路(窓材15、導光筒508、トッププレート2)を介して鍋501に届き、鍋501で反射した赤外線は、経路29の復路(トッププレート2、導光筒508、窓材15)を介して反射率検出回路132に戻る。つまり、熱型赤外線検出回路131と反射率検出回路132ともに、トッププレート2、窓材15の両方を経由した赤外線が届くものである。
【0045】
また、上部材40eと樹脂ケース16を熱伝導率の低い樹脂で構成することによって、赤外線センサユニット170内部の温度が急激に変化するのを防止している。すなわち、この構成により、熱型赤外線検出回路131、反射率検出回路132の温度が伝熱によって急変化するのを防止している。
【0046】
さらに、窓材15には、高温となったトッププレート2と導光筒508、加熱コイル201などから発せられる昇温効果の高い波長の赤外線(4μm以上)をカットする光学特性を持たせることによって、昇温効果の高い波長の赤外線が赤外線センサユニット407内部に進入するのを防止している。すなわち、この構成により、熱型赤外線検出回路131、反射率検出回路132の温度が昇温効果の高い波長の赤外線によって急変化するのを防止している。なお、本実施例では、トッププレート2の赤外線透過特性と窓材15の赤外線透過特性を同一とした。
【0047】
さらに、防磁ケース13を非磁性体のアルミ製にすることによって、赤外線センサユニット170内部に侵入する電磁気的ノイズを低減し、防磁ケース13が受ける輻射熱を放熱しやすい構成とした。この防磁ケース13の上面は、赤外線センサ12の視野角よりも大きく開口して、防磁ケース13の開口部13aによって赤外線センサ12に到達する赤外線を遮蔽することがないようにしている。防磁ケースは、磁気シールドのみの役割を果たしている。
【0048】
こうする配置により、赤外線センサ12に入る赤外線を上部の絞り部509で絞って、防磁ケース13によっては赤外線を絞らず磁気シールドのみを最大限の効果を果たすように、開口部13aを設けている。
【0049】
さらに、導光筒508は上方開口部508aと下端開口部508bを有している。赤外線センサ12の上方に位置する導光筒508の上方開口部508aには赤外線の光量を制限する絞り部509を設けている。絞り部509により、赤外線センサ12に入射する赤外線量を制限する。なお、導光筒508の上方開口部508aは、内側コイル201aと外側コイル201bの下方に位置する。赤外線センサ12において、絞り部509で視野角を規制することで赤外線センサ12が検出する視野範囲を赤外線透過窓509aに制限する。これにより、赤外線透過窓509a以外のトッププレート2や加熱コイルユニット200からの熱外乱を低減できる。
【0050】
一方、本実施例構造は、導光筒508の上方開口部508aに設けられた後述する絞り部509の位置は加熱コイル201の底面より下方に配置することで、絞り部509に加熱コイル201の熱を直接伝わらない構成としている。また、加熱コイル201の温度に熱せられた周囲の空気は上昇するので熱伝達の影響も軽減している。また、加熱コイル201の底面側を冷却する冷却風により絞り部509を直接に冷却が可能で、導光筒508の冷却も効率よく行われることで絞り部509の冷却の効率も良くなり、絞り部509の温度上昇を低く抑える事が可能となり絞り部509からの熱外乱の発生を抑える事ができる。また、前述した加熱コイル201からの熱伝導の影響を少なくするために導光筒508はコイルベース203とも独立した部品としている。但し絞り部509は、導光筒508を介して取付部材40に一体成型で設けられ、この取付部材40はコイルベース203に設けられたボスにネジで固定されているため、固定部40aとコイルベース203との接触を最小とするためボスに固定し、取付部材40に設けた固定部40aは絞り部509より遠い位置に設け、絞り部509は導光筒508の上部先端の上方開口部508aに設け、取付部材40は熱伝導の悪い樹脂で成型されている。
【0051】
前述した遠い位置とは、絞り部509側から見た取付部材40は略四角形に成型し、絞り部509を角側に設け、残りの角側となる2〜3カ所にネジの固定部40aを設けている(
図10では前記固定部40aを3カ所設けている。)。すなわち、導光筒508から取付部材40の端部までの距離が長い方向に固定部40aが設けられるとともに、その反対方向には固定部40aが設けられていない。これにより、固定部40aを介した導光筒508への熱伝導を抑制することができる。
【0052】
また、本実施例ではトッププレート2に設けた赤外線透過窓509aは加熱コイル201の円周方向に略楕円形状(長方形)としている。理由は、赤外線センサ12の配置位置は加熱コイル201の内側コイル201aと外側コイル201bとに分けた位置に設けている。そのため使用者にトッププレート2に設けた赤外線透過領域31から加熱コイル201が見えると商品価値の低下になることから加熱コイル201の径方向に狭く円周方向に広く設けられているためである。
【0053】
さらに、導光筒508に設けた絞り部509の赤外線透過窓509aも前記赤外線透過窓509aと略同じ形状としている。理由は内側コイル201aの外周側と外側コイル201bの内周側に赤外線センサ12の視野が入らないように加熱コイル201の径方向に対しては視野を絞り、加熱コイル201の円周方向には赤外線センサ12の視野をほぼ100%としている。また、トッププレート2に設けた赤外線透過領域31から透過する赤外線を検出するためである。結果、導光筒508の上方開口部508aは一方側は反射率検出回路132が発光する赤外線の経路29を確保した開口部、他方側に赤外線センサ12の視野を内側コイル201aの外周側と外側コイル201bの内周側を絞るために前記開口部と連通した略楕円の赤外線透過窓509aを設けた絞り部509を設けている。ここでは、ネジの固定部40a側に反射率検出回路132が発光する赤外線の経路29を確保して、導光筒508の上方開口部508aを開口する事で、絞り部509へのネジ部からの熱伝導の熱抵抗を大きくしている。
【0054】
導光筒508の役割として、前述したように固定部40aから絞り部509までの熱抵抗を大きくしながら絞り部509の冷却効率を良くしている。また、赤外線センサ12と鍋底との距離の関係において、鍋底から放射される赤外線量をより多く赤外線センサ12で検出できる位置としている。絞り部509を赤外線センサ12に近づけると赤外線透過窓509aは小さくなり検出できる赤外線量が少なくなり、鍋側に近づけると加熱コイル201の熱の影響を受けてしまう。
【0055】
赤外線センサユニットを構成する取付部材40は固定部40aと絞り部509とを一体に構成した事で赤外線センサ12の視野を正確に規制している。
【0057】
使用者がトッププレート2に鍋501を載置して、操作部7bを操作して加熱を開始すると、制御回路503が高周波電力供給回路403を制御して加熱コイル201に所定の電力を供給する。加熱コイル201に高周波電流が供給されると、加熱コイル201から誘導磁界が発せられ、鍋501に渦電流が発生し誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋501の温度が上昇し鍋501内の調理物が調理される。また、同時に冷却ファン401にも電力が供給されて冷却風406を送風し、高周波電力供給回路403〜404と加熱コイルユニット200、赤外線センサユニット170などを冷却する。排出時は、トッププレート2に当たってトッププレート2を冷却し、四方に分散して加熱コイル201とトッププレート2を冷却しながら、加熱コイル201とトッププレート2との隙間を通り、その後、排気口5から排出される。
【0058】
加熱コイルユニット200のコイルベース203に載置される加熱コイル201の内側コイル201aにも下から冷却風406が当たって冷却される。内側コイルと外側コイル201bの隙間210aからトッププレート2へ流れて、加熱コイル201が冷却される。
【0059】
上記した本実施例によれば、トッププレートの赤外線透過特性に影響される事無く、前記トッププレートを介して鍋底の温度を低い温度から正確に検出することができる。